El mundo moderno, en su incesante lucha por mejorar su nivel de vida, siempre ha dependido de cantidades colosales de energía eléctrica para alimentar nuestra evolución. Una estimación actual por National Geographic determinó que utilizamos 320 mil millones de kilovatios-hora de energía cada día. Hoy en día, la mayor parte de este enorme requerimiento es abordado por la quema de combustibles fósiles. Hasta ahora, los combustibles fósiles han atendido nuestras necesidades de energía muy eficientemente, pero también son no renovables y se están agotando rápidamente. Estas fuentes de combustible también han contribuido en gran medida a las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación. Ha llegado la hora de encontrar sustitutos adecuados y de mejor calidad para los combustibles fósiles. Los científicos están investigando constantemente nuevas fuentes de energía, más ecológicas que tengan un impacto limitado sobre el medio ambiente y reduzcan su contribución al calentamiento global, que se cree es causada por la liberación de dióxido de carbono al quemar combustibles fósiles.
La energía atómica, la energía solar y la energía del viento y los biocombustibles son sólo algunas de las alternativas prometedoras para un futuro más limpio y más verde. Otras fuentes relativamente nuevas de energía, como pilas de combustible, la energía geotérmica y energía de los océanos también están siendo explorados. En las secciones siguientes, vamos a echar un vistazo a las actuales fuentes de energía, así como discutir las posibles fuentes de energía en el futuro.
(1)Combustibles fósiles – El carbón:
Los combustibles fósiles son los restos de plantas y animales muertos en la tierra y en el fondo marino. Estos están formados por los restos fosilizados de animales muertos y plantas que están expuestos a calor y presión en la corteza terrestre de cientos de millones de años.
Los combustibles fósiles consisten principalmente de hidrocarburos. Que contienen carbono e hidrógeno en diversas proporciones, como el metano, que tiene una baja emisión de carbono con relación al hidrógeno, o el carbón antracita, que es casi carbono puro. Los hidrocarburos se forman cuando los restos fosilizados de organismos muertos son químicamente alterados durante cientos de millones de años por la intensa presión y calor que se encuentran en la corteza terrestre. La energía química 'almacenado' en estos combustibles se libera durante la combustión para producir energía eléctrica.
Según las estimaciones facilitadas por la Administración de Información de Energía, los combustibles fósiles representan el 86% de la energía total producida en el mundo. De esta cantidad, el petróleo representó el 36,8%, carbón 26,6% y el gas natural 22,9%.
Sin embargo, los combustibles fósiles son fuentes no renovables de energía. Necesitan cientos de millones de años para formarse y se agotan mucho más rápido antes de que se pueden crear nuevos cimientos. Se estima que 23,5 toneladas de materia orgánica fosilizada depositados en el fondo del mar se requiere para producir 1 litro de gasolina. En 1997, la cantidad total de combustible fósil utilizado fue equivalente a la materia orgánica de las plantas que crecieron en toda la tierra y la superficie de los océanos de la Tierra durante un período de 422 años.
Otra desventaja de nuestra fuerte dependencia de los combustibles fósiles es la cantidad de dióxido de carbono producido durante la combustión, que se estima en 21,3 millones de toneladas por año. Sin embargo, los procesos naturales son capaces de absorber sólo la mitad de la cantidad total de emisiones de dióxido de carbono liberado a la atmósfera, lo que significa que cada año la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera aumenta en 10,65 mil millones de toneladas, que en teoría es el principal contribuyente al calentamiento global y que podría tener efectos muy negativos sobre el ecosistema.
(2) Combustibles fósiles - Gas Natural:
El gas natural se encuentra normalmente junto con los combustibles fósiles, carbón, camas y atrapados en otros tipos de roca. Es creado por los organismos anaerobios presentes en los vertederos, pantanos y humedales. Naturalmente, compuesta de metano y pequeñas cantidades de otros gases, como etano, propano, butano, pentano, los hidrocarburos de alto peso molecular, el azufre, helio y nitrógeno. Los componentes de gas natural distintos del metano, es necesario eliminarlos, antes de que el gas natural pueda ser utilizado como una fuente de combustible. Los Generadores a Gas Natural, son una alternativa al diesel, por un ejemplo que muestra la tecnología existente utilizando un recurso natural, que es mejor para el medio ambiente, como combustible.
Aunque se considera el gas natural como más limpio que otros combustibles fósiles, se ha encontrado que aún contribuyen a la contaminación y el calentamiento global. En 2004, las emisiones de dióxido de carbono resultantes de la utilización del gas natural se situó en 5.300 millones de toneladas, mientras que el carbón y el petróleo contribuyó a las emisiones de dióxido de carbono de 10.600 millones de toneladas y 10.200 millones de toneladas, respectivamente. Sin embargo, esta tendencia se espera revertir en 2030 cuando el gas natural es probable que emiten 11.000 millones de toneladas de dióxido de carbono en comparación con 8.400 millones de toneladas del carbón y 17.200 toneladas del petróleo . Además, cuando se libera directamente a la atmósfera, el gas natural es un gas de efecto invernadero mucho más potente que el dióxido de carbono, pero ya que este se produce en cantidades muy pequeñas, no es actualmente una causa importante de preocupación.
(3) Energía solar:
Casi todo en este mundo, en última instancia, deriva su energía del sol. En lugar de obtener la energía del sol a partir de fuentes indirectas, como los combustibles fósiles, los investigadores y organizaciones de todo el mundo están buscando encontrar el grifo de esta fuente ilimitada de energía.
La tierra recibe unos 174 mil millones de megavatios de energía en la atmósfera superior como consecuencia de la radiación solar. Alrededor del 30% de la radiación solar incidente es reflejada, mientras que el restante, que asciende a 3,85 x 1024 julios cada año, es absorbida por la atmósfera, los océanos y masas de tierra. La cantidad de energía solar que está a nuestra disposición durante una hora es más que la cantidad total de energía consumida en todo el mundo en un año entero.
Pero esto aún es difuso, no concentrado. El mayor desafío está o radica en su aprovechamiento. El calor y la radiación de luz del sol se puede aprovechar mediante el uso de paneles de semiconductores solares . La radiación de la energía solar excita los electrones de estos paneles y conduce a la producción de energía eléctrica.
Uno de los mayores obstáculos en el aprovechamiento de la energía del sol está en el costo de construcción eficaz de paneles solares. El costo de la energía solar es de unos 8.15 centavos de dólar EE.UU. por kilovatio-hora, en comparación con el coste del carbón basados en la energía eléctrica en EE.UU. 6 centavos de dólar por kilovatio-hora.
El correcto almacenamiento de la energía es otro obstáculo importante. La energía solar no está disponible en la noche, pero los sistemas de energía modernos suelen asumir la disponibilidad continua de energía. Sistemas de masa térmica, sistemas de almacenamiento térmico, materiales de cambio de fase, fuera de la red de sistemas fotovoltaicos, sistemas de bombeo y almacenamiento de la energía hidroeléctrica son algunas de las formas en que la energía solar se puede almacenar para uso posterior.
Incluso con todos los avances tecnológicos, la tecnología de la energía solar está todavía en su infancia. Hasta que se pueda perfeccionar la tecnología y seamos capaces de aprovechar y almacenar la energía solar, hasta entonces será una alternativa viable y rentable, mientras tanto los combustibles fósiles seguirán siendo la fuente más común de la energía.
Energía Nuclear:
A medida que la demanda mundial de energía sigue creciendo, la energía nuclear está cobrando inminente importancia como una fuente limpia de energía que se espera se utilice para abordar el problema global de cambio climático. La volatilidad en los precios de los combustibles fósiles y la creciente preocupación de las naciones para garantizar el suministro de energía son otros factores de incremento de la importancia de la energía nuclear.
En este momento hay 439 reactores nucleares operativos en 30 países de todo el mundo. Esta cifra representa el 14% de la generación total de energía del mundo. El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) espera que la capacidad mundial de generación de energía nuclear aumentará de los actuales 372 Giga Vatios (GW) a 437-542 GW en 2020 y de 473-748 GW para 2030. Sin embargo, para que la energía nuclear pueda emerger como una fuente confiable y limpia de energía, varios desafíos deben ser abordados. Algunos de estos incluyen la mejora de la competitividad económica, el diseño seguro y fiable de las centrales nucleares, la gestión del combustible gastado y la eliminación de los residuos radiactivos, el desarrollo de mano de obra especializada adecuada, asegurar la confianza pública en la energía nuclear, y asegurar la no proliferación nuclear y la seguridad.
Lea también Umich.edu para obtener información más en profundidad sobre el uso de la energía nuclear y cómo funciona.
La energía nuclear es bien aprovechado por la división (fisión) o la fusión (fusión) de los núcleos de dos o más átomos. La fisión nuclear por lo general utiliza el uranio en el proceso de aprovechamiento de la energía. En nuestro ritmo actual de consumo, el uranio se encuentran en la corteza de la Tierra nos puede durar alrededor de un siglo. Sin embargo, los investigadores predicen que el consumo de energía se triplicará en el próximo siglo, lo que significa que los recursos de uranio disponible sólo nos durará aproximadamente 30 años. Una opción es el reprocesamiento del combustible gastado. Este combustible gastado es rico en plutonio y cuando se combina con el uranio de sobra, que puede ser reprocesado en una mezcla conocida como MOX, que puede ser usado como combustible. Esto puede ayudar a estirar los recursos de uranio a disposición por algunas décadas más.
El mayor inconveniente de esta fuente de energía es la eliminación de los residuos radiactivos y el alto costo de la construcción de plantas de energía nuclear.
La fisión nuclear, por otra parte, podría ser la respuesta a nuestros problemas energéticos. La Fisión utiliza isótopos de hidrógeno, el litio y boro. Las reservas de litio de la tierra, combinado con los del mar, puede durar con nosotros por más de 60 millones de años. El deuterio, un isótopo del hidrógeno, puede durar otros 250 millones de años. Sin embargo, el proceso de aprovechamiento de la energía de este isótopo es bastante complicado y está todavía en su infancia. Si tenemos éxito en aprender a utilizar la fusión nuclear para la generación de energía de una manera viable, bien podría ser el nuevo rey del mundo de la energía. La fusión nuclear es un proceso limpio, con bajas emisiones de dióxido de carbono, y los productos de los residuos radiactivos también tienen una media relativamente corta vida.
Próxima entrega: Energía Eólica, Biocarburantes, Energía geotérmica, Energía Oceánica, La Antimateria como fuente de Energía.
